聚酯裝置終縮聚真空系統(tǒng)堵塞及解決方法探討

菅典瑞

（逸盛大化石化有限公司，遼寧 大連 116600）

紡織纖維材料是最為重要的基礎(chǔ)性材料之一，對于人們的生產(chǎn)生活具有非常重要的作用，而化學纖維則是纖維材料中最為重要的組成部分。

從參考文獻的相應(yīng)數(shù)據(jù)中可知，2021年我國的化學纖維產(chǎn)量超過了60000kt，其在我國紡織纖維材料加工量的占比超過了85%，并且在全球的化學纖維產(chǎn)量中的占比也在70%以上，這些數(shù)據(jù)都體現(xiàn)了化學纖維對于紡織行業(yè)的關(guān)鍵性作用和價值。對于化學纖維來說，聚酯纖維則是決定性因素，2021年我國聚酯纖維產(chǎn)量在50000kt以上，在我國化學纖維產(chǎn)量的占比接近85%，充分說明聚酯纖維對于整個行業(yè)的重要性。所以對于聚酯生產(chǎn)工藝進行不斷提升優(yōu)化是非常關(guān)鍵的，對于保證聚酯裝置的健康穩(wěn)定運行是非常重要的，同時可以進一步提升經(jīng)濟效益。

現(xiàn)階段聚酯生產(chǎn)主要采取的是直接酯化法，該過程也可以稱之為聚酯，也就是直接通過精對苯二甲酸和乙二醇進行反應(yīng)而生成聚對苯二甲酸乙二醇酯。整個反應(yīng)過程可以分為縮聚、酯化等不同的生產(chǎn)工序，其中縮聚工序可以進一步分成預(yù)縮聚以及終縮聚等不同的步驟，這些都需要在適宜的真空條件下來完成，特別是終縮聚對于真空度的要求更高。利用有效的真空壓力能夠?qū)⒖s聚反應(yīng)中形成的EG小分子以及低聚物等抽出反應(yīng)系統(tǒng)，確保實現(xiàn)有效的鏈增長，進一步提升所得物質(zhì)量。同時所抽出的低聚物也就會依附在真空系統(tǒng)的某些部分，例如刮板冷凝器、大氣腿、管道壁、真空噴射泵內(nèi)部等等，長此以往就會造成真空管線的堵塞，影響真空性能而造成穩(wěn)定性較差，最終引發(fā)聚酯裝置不能滿負荷生產(chǎn)，甚至出現(xiàn)停產(chǎn)的情況。因此需要對聚酯裝置真空系統(tǒng)堵塞情況進行分析，采取針對性措施進行處理，確保聚酯裝置的正常運行。

1 聚酯裝置的基本情況概述

某企業(yè)所生產(chǎn)的聚酯裝置主要采取的是“一頭兩尾”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其產(chǎn)能達到400kt/a。該裝置主要采取的是四釜工藝技術(shù)，也就是采取兩段酯化反應(yīng)（第一酯化、第二酯化）以及兩段縮聚反應(yīng)（包括預(yù)縮聚、終縮聚），利用此種裝置能夠同時進行大有光以及半消光聚酯纖維的生產(chǎn)，可以進一步提升生產(chǎn)效率。每個階段反應(yīng)的條件有所差異，從酯化到縮聚的過程中系統(tǒng)溫度會有所上升而壓力會有所下降，也就是酯化反應(yīng)處于正壓條件而縮聚反應(yīng)處于負壓條件。該聚酯裝置配置有兩套真空系統(tǒng)，分別針對預(yù)縮聚、終縮聚反應(yīng)，按照物料、反應(yīng)黏度的差異真空度有所上升。

聚酯裝置中縮聚真空系統(tǒng)是最為重要的部分，由多種部分組成，包括液環(huán)真空泵、刮板冷凝器、液封槽、板式換熱器、三級真空噴射泵、EG蒸發(fā)器等，利用整個系統(tǒng)能夠?qū)⒎磻?yīng)所得EG小分子、低聚物等抽出反應(yīng)系統(tǒng)，同時終縮聚真空系統(tǒng)能夠?qū)⑺梦锪橡ざ认禂?shù)從0.27dL/g增加到0.645dL/g。利用真空系統(tǒng)能夠使得反應(yīng)所得EG小分子以及低聚物等抽出到刮板冷凝器，在對低聚物等實施冷凝噴淋之后這些低聚物被刮成較小的物質(zhì)，之后這些物質(zhì)和EG小分子共同進入到液封槽當中，通過過濾器對這些物質(zhì)進行過濾之后將雜質(zhì)排出系統(tǒng)，同時真空泵會將無法凝結(jié)氣體以及某些低聚物抽走而形成真空系統(tǒng)。

2 終縮聚真空系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象分析

2.1 氣相管線發(fā)生堵塞

對于氣相管線來說，最容易出現(xiàn)堵塞的位置主要是刮板冷凝器頂處的氣相管線、一級真空噴射泵入口和氣相管線的連接位置等。之所以這些位置出現(xiàn)堵塞主要是因為終縮聚反應(yīng)需要非常強的真空性能，在利用真空噴射泵將低聚物從刮板冷凝器抽出之后，若是刮板冷凝器噴淋沒有對其實施有效的冷卻降溫，那么就容易受到EG小分子的影響將其帶出吸附到氣相管線管壁之上，長此以往就會使得管徑逐漸減小，對于真空性能造成較大影響。隨著時間的積累，管壁結(jié)垢不斷增加，最終會造成氣相管線出現(xiàn)堵塞，從而造成真空性能達不到標準要求，嚴重情況下無法凝結(jié)的氣體不能通過氣相管線將其抽走，這就會造成破真空的情況，進而需要停車進行維修。

2.2 大氣腿發(fā)生堵塞

所謂的真空大氣腿主要就是指刮板冷凝器和液封槽間的真空管道，大氣腿底部插入到液封槽液位下部。一旦大氣腿發(fā)生堵塞的情況就會引發(fā)液封槽的液位快速降低，從而造成真空波動的問題，對于最終的產(chǎn)品品質(zhì)造成較大影響。之所以造成大氣腿發(fā)生堵塞，主要原因集中在如下幾方面.

（1）在系統(tǒng)正常運行情況下，終縮聚之后會形成條狀的殘渣，在受到刮板冷凝器內(nèi)刮刀作用之后會進入到液封槽內(nèi)部，并不會累積到刮板冷凝器的內(nèi)部。但是一旦系統(tǒng)工藝平臺發(fā)生不穩(wěn)定問題，那么終縮聚所形成的殘渣則呈現(xiàn)為絲狀，此狀態(tài)就會在刮板冷凝器內(nèi)部進行纏繞最終形成較大塊的殘渣，會將下液管口封堵，并不能進入到液封槽內(nèi)部 。

（2）一旦氣相管線出現(xiàn)堵塞的問題，利用熱EG對其實施沖洗過程中容易造成大塊低聚物的掉落，這些大塊低聚物若是無法從大氣腿掉落到液封槽，那么就會將大氣腿的出口封堵，這樣就會阻隔那些相對較小快的殘渣、EG順利地掉落，從而造成大氣腿發(fā)生堵塞。

3 聚酯裝置終縮聚真空系統(tǒng)堵塞解決方法

3.1 氣相管線堵塞的解決方法

（1）定期采用回用EG熱沖洗。一旦刮板冷凝器的頂部氣相管線受到大量低聚物的覆蓋就容易造成氣相管線出現(xiàn)堵塞的問題，為了解決此問題，可以通過系統(tǒng)工藝塔底部180℃回用EG對其實施定期的沖洗。一般情況下利用熱沖洗的方式能夠恢復(fù)真空系統(tǒng)的正常運行，同時也可以確保裝置長期穩(wěn)定運行。

但是因為利用EG熱沖洗的方式快速轉(zhuǎn)變了裝置終縮聚的真空條件，對于終縮聚物料的反應(yīng)產(chǎn)生較大影響，同時若是操作存在失誤非常容易造成產(chǎn)品染色而形成色差等問題，如果沒有嚴格控制沖洗時間則會因為真空失控而產(chǎn)生事故等。所以完成EG熱沖洗之后，相應(yīng)的工作人員一定要加強終縮聚反應(yīng)釜電流、黏度等指標的巡查，同時要對真空和電流變化情況進行監(jiān)控，另外要第一時間將沖洗所得殘渣進行有效處理，并且要對設(shè)備進行檢查，明確設(shè)備的運行情況，判定是否出現(xiàn)異響、管線和閥門滲漏等問題。

（2）對殘渣進行定期清理。一般情況下對刮板冷器氣相管線形成堵塞的物質(zhì)都是通過物理方式進行吸附的，雖然覆蓋面較大但是硬度相對較低。雖然可以通過定期敲擊管道的方式能夠?qū)⒏街鴼堅l(fā)生脫落，但是對管道敲擊時容易造成管道發(fā)生破裂的問題。為了避免發(fā)生管道破裂，可以在刮板冷凝器頂部氣相管線位置設(shè)置殘渣清理裝置，利用時間控制器控制其對殘渣進行定期清理，避免管壁上低聚物的大量聚集。

（3）對真空系統(tǒng)管道進行在線熱沖洗改造。雖然利用EG熱沖洗可以實現(xiàn)效果較好的真空管道沖洗，但是并不能進行在線處理。針對此，要對真空系統(tǒng)管道實施在線沖洗的改造。其基本原理在于：將工藝塔底部所回流的熱EG接入到刮板冷凝器頂部的噴淋口以及三級噴射泵各級噴淋管線當中，正常運行情況下熱沖洗管線都處在關(guān)閉狀態(tài)，若是需要對真空管道進行沖洗，那么就可以將原有循環(huán)管線閥門關(guān)閉同時將相應(yīng)的熱沖洗閥門打開。

在對管道進行熱沖洗過程中，可以按照真空系統(tǒng)所處狀態(tài)、生產(chǎn)的具體情況對熱沖洗頻率進行調(diào)節(jié)。利用此種在線定期熱EG沖洗之后可以在液封槽殘渣箱體內(nèi)得到大塊的低聚物，能夠大大改善真空管道的情況，可以確保真空閥位保持在35%之上，能夠得到充分的真空余量，確保終縮聚反應(yīng)的正常進行。

（4）進行刮板冷凝器頂部夾套的改造。雖然利用熱EG沖洗的方式能夠減少真空管道內(nèi)壁聚合物的聚集，能夠有效降低真空管道的堵塞情況，但是對刮板冷凝器頂部氣相管等循環(huán)管線之外的真空通道是不能進行有效沖洗的，無法對管壁上層累積的低聚物進行有效處理，真空系統(tǒng)還是會受到較大影響。為了能夠?qū)艿肋M行保溫，往往會在刮板冷凝器頂部氣相管外部包有熱媒夾套，采取直接敲擊的方式并不能得到較好的清理效果。為了能夠有效清理聚集物，可以在刮板冷凝器頂部外層夾套上進行在線開孔，確保能夠?qū)?nèi)層氣相管進行直接接觸，利用敲擊等方式將管壁層積的低聚物清理干凈。

夾套上開孔的方式如圖1所示，在氣相熱媒完全排除夾套之后要通過氮氣對其進行吹掃，之后設(shè)置熱媒閥門用于將此段夾套和氣相熱媒進行完全隔絕，然后分別在夾套上下邊同樣的位置開設(shè)孔洞。

圖1 刮板冷凝器頂部夾套開孔示意圖

若是刮板冷凝器頂部氣相管道管徑減小甚至堵塞等問題，那就要在確保夾套內(nèi)部氣相熱媒完全退出的情況下對內(nèi)層管壁實施敲擊，確保雜物清理干凈之后再將夾套外層開孔位置封閉密實。雖然此種管道堵塞處理方式需要消耗較長的時間，并且整個操作過程較為繁復(fù)，但是能夠得到較好的效果，同時可以實現(xiàn)不停車檢修，不會影響正常生產(chǎn)，屬于比較好的處理方式。

3.2 大氣腿堵塞的解決方法

（1）對于工藝平臺進行優(yōu)化。通過前文分析可知，大氣腿堵塞的主要原因是多方面的，包括酯化率較低、真空度較高、終縮聚反應(yīng)器內(nèi)部溫度較高等等，針對這些原因要采取必要的處理措施。

①進一步提升酯化率。在酯化率不高的情況下，終縮聚所形成的殘渣呈現(xiàn)出絲狀樣態(tài)，非常容易發(fā)生纏繞而形成較大塊的殘渣最終造成大氣腿發(fā)生堵塞。可以根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況、生產(chǎn)情況等對工藝參數(shù)（主要包括：攪拌速度、溫度、液位、壓力等）進行必要的優(yōu)化調(diào)整，從而進一步提升酯化率。通過多次的試驗以及具體生產(chǎn)情況來看，為了降低絲狀殘渣、減小大氣腿堵塞的概率，要控制第一酯化率在91.6%以上、第二酯化率在96.5%以上。

②降低終縮聚真空度。一旦終縮聚真空度較高就會使得更多低聚物進入到刮板冷凝器當中，這樣就會進一步提升大氣腿的堵塞概率。所以經(jīng)過必要分析以及實踐經(jīng)驗可知，要一定程度上降低終縮聚的真空度，一般情況下要控制其在160～230MPa范圍內(nèi)。

③有效控制終縮聚反應(yīng)的溫度。一旦終縮聚反應(yīng)溫度上升就會造成反應(yīng)器內(nèi)部存在大量副反應(yīng)，從而形成很多低聚物，也會增加進入到刮板冷凝器內(nèi)部聚合物的數(shù)量，并且會加大所刮掉的低聚物幾何尺寸，無疑會增加大氣腿的堵塞風險，所以要對終縮聚反應(yīng)的溫度進行嚴格控制。一般情況下要控制終縮聚反應(yīng)溫度在280～282℃范圍內(nèi)。

（2）利用氮氣對大氣腿進行吹掃。聚酯正常生產(chǎn)時必然會在刮板冷凝器內(nèi)部累計相應(yīng)量的殘渣，為了對其進行有效清理，可以在刮板冷凝器的真空大氣腿的根部區(qū)域設(shè)置一根管線，一旦真空大氣腿發(fā)生堵塞情況，那么就可以開通底部的氮氣閥門通入氮氣對殘渣進行吹掃。但是因為正常情況下刮板冷凝器內(nèi)處于真空狀態(tài)，一旦有氮氣進入就會對系統(tǒng)內(nèi)部負壓平衡造成影響，所以利用氮氣對大氣腿進行反吹時一定要由經(jīng)驗豐富的人員來進行，可以按照現(xiàn)場的具體情況將液封槽內(nèi)殘渣盡快清理掉。

（3）定期使刮刀正反轉(zhuǎn)。正常情況下該裝置的刮板冷凝器刮刀要2～3個月進行轉(zhuǎn)向調(diào)整，但是因為運行時間過長容易造成冷凝器內(nèi)部殘渣堆積。所以可以設(shè)置時間控制器，加快刮刀正反轉(zhuǎn)的頻次（每2h進行一次正反轉(zhuǎn)），從而加快對殘渣的切割，降低殘渣堆積，防止大氣腿的堵塞。

4 結(jié)語

對于聚酯裝置來說，其終縮聚真空系統(tǒng)的堵塞主要出現(xiàn)在氣相管線、大氣腿等位置，要重點針對這些區(qū)域采取EG熱沖洗、氮氣反沖、多頻次清理等不同方式降低堵塞的概率，從而確保真空系統(tǒng)能夠健康、穩(wěn)定運行。